これが科学だ！銅板と割り箸で銅を蘇らせる「酸化と還元のドラマ」
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
「真っ黒に焦げてしまった金属が、一瞬でピカピカの元の姿に戻る」……そんな魔法のような光景を想像できますか？理科室でおなじみの銅という金属は、実はドラマチックな変身を繰り返す名役者なんです。今回は、酸素と水素が繰り広げる驚きの「酸化と還元」のドラマをご紹介します。
酸化：美しい銅が「真っ黒」に変身！
この実験は、ある先生が開講している選択授業で生徒たちが実際に挑戦していたものですが、その鮮やかな変化に思わず私も歓声を上げてしまいました。
実験方法はとてもシンプルです。まずは、十円玉のような色をした美しい赤褐色の銅板を、ガスバーナーでじっくりと炙ります。すると、あんなに綺麗だった光沢が、一瞬にして真っ黒な姿に変わってしまうのです。これは、熱によって銅が空気中の酸素と激しく結びつき、酸化銅（CuO）という別の物質に変化したためです。これを理科では酸化と呼びます。
化学式で書くと次の反応です。
還元その１：割り箸で起こる「虹色の復活」
さて、ここからが「魔法」の始まりです。この真っ黒になった酸化銅の上に、なんと割り箸を置いてみます。
するとどうでしょう！割り箸が触れている周りから、あの赤褐色の銅がキラリと顔を出すではありませんか。
実はこれ、割り箸に含まれる炭素が、酸化銅から酸素を強引に奪い取ってくれたために起こる現象です。さらに驚いたのは、割り箸をどけた瞬間です。一瞬、虹のような不思議な煌めきを見せたかと思うと、再び空気中の酸素と反応してまた真っ黒な酸化銅に戻っていくのです。ゆらゆらと色が変化していくライブ感あふれる様子に、教室中から大きな歓声が上がりました。
化学式で書くとこの反応ですね。
2CuO + C → 2Cu + CO2
還元その２：水素の中で一瞬の「魔法」
次にご紹介するのは、水素を使った還元実験です。こちらの動画は、出演されている女性の明るいリアクションがとても楽しくて、化学反応の面白さがギュッと凝縮されています。ぜひ、一緒に驚きながら見てみてください。
実験では、コイル状に巻かれた銅（Cu）を熱して真っ黒にした後、それを透明な水素（H₂）が入った試験管の中へ差し込みます。
すると……パッと魔法をかけたように、一瞬で元の美しい赤色の銅に戻るのです！
酸素を奪い合う「還元のバトル」
なぜ、一瞬で色が元に戻ったのでしょうか。そこには酸素をめぐる物質同士の激しい奪い合いがあります。
水素や炭素は、銅よりもずっと「酸素と結びつきたい！」という力が強い性質を持っています。真っ黒な酸化銅にこれらが近づくと、酸化銅から酸素を強引に引き剥がし、自分たちが酸素とくっついて水（H₂O）や二酸化炭素（CO₂）になろうとします。こうして、酸素を奪われた酸化銅は、再び純粋な銅へと戻ることができたのです。このように、酸化物から酸素を取り除く反応を還元といいます。
化学式で書くとこんな感じです。
私たちの暮らしを支える「還元」の力
実は、この還元という反応は、私たちの文明を支える超重要な技術でもあります。
例えば、ビルや車を作るのに欠かせない鉄。その原料である鉄鉱石は、自然界では酸素と結びついた「酸化鉄」の状態で眠っています。これに炭素などを加えて酸素を奪う（還元する）ことで、私たちはようやく丈夫な鉄を大量に手に入れることができるのです。理科室での小さな銅の実験から、巨大な製鉄所の仕組みまで、科学の糸はしっかりと繋がっています。
本格的な実験に挑戦！自作の炭で還元してみよう
学校で行っている酸化銅の還元実験では、木炭を使います。市販の炭素粉末でも可能ですが、実は割り箸から自作することもできるんですよ。こちらをご覧ください。
ここで一つポイントなのですが、手作りの炭を使うと、反応がとてもよく、キラッと光る美しい銅を観察することができます。作り方は簡単です。
スチール缶の中に割り箸を折りながら、隙間なく入れていきます。そしてそのままガスバーナーであたためて、蒸し焼きにしていきます。スチール缶は熱に強く、穴があきにくいので非常におすすめです。
中の割り箸が直接燃えてしまわないよう注意が必要です。煙が出るので、実験はドラフト（換気設備）の中で行いましょう。途中、「木ガス」という燃えるガスが出てくるので、炎が出たときは息を吹きかけるなどして、中の箸が燃え尽きないように管理します。
およそ35分ほど加熱し、缶が冷めてから取り出すと、立派な炭の完成です！この炭を乳鉢で細かく砕き、酸化銅とよく混ぜ合わせます。
実際に生徒たちが実験した結果、班によってはこんなにきれいな銅が誕生しました！
まさに感動ものですね！
皆さんも、身の回りの金属を見かけたら「これは酸化しているのかな？それとも還元されてできたのかな？」と、その裏側にある酸素のドラマを想像してみてくださいね！
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